The Central Atlantic Magmatic Province (CAMP) is the large igneous province (LIP) that coincides with the breakup of the supercontinent Pangea. Major and trace element data, Sr-Nd-Pb radiogenic isotopes, and high-precision olivine chemistry were collected on primitive CAMP dikes from Virginia (VA). These new samples were used in conjunction with a global CAMP data set to elucidate different mechanisms for supercontinent breakup and LIP formation. On the Eastern North American Margin, CAMP flows are found primarily in rift basins that can be divided into northern or southern groups based on differences in tectonic evolution, rifting history, and supercontinental inheritance. Geochemical signatures of CAMP suggest an upper mantle source modified by subduction processes. We propose that the greater number of accretionary events, or metasomatism by sediment melts as opposed to fluids on the northern versus the southern Laurentian margin during the formation of Pangea led to different subduction-related signatures in the mantle source of the northern versus southern CAMP lavas. CAMP samples have elevated Ni and low Ca in olivine phenocrysts indicating a significant pyroxenite component in the source, interpreted here as a result of subduction metasomatism. Different collisional styles during the Alleghanian orogeny in the North and South may have led to the diachroneity of the rifting of Pangea. Furthermore, due to a low angle of subduction, the Rheic Plate may have underplated the lithosphere then delaminated, triggering both the breakup of Pangea and the formation of CAMP. / Master of Science

Master of Science / Department of Geology / Matthew E. Brueseke / The Southern Oklahoma rift zone (SOA), which stretches from southern Oklahoma through the Texas panhandle and into Colorado and New Mexico, contains extensive bimodal mafic-silicic magmatism related to the opening of the Iapetus Ocean during the late Precambrian and early Cambrian. Within the SOA, the subsurface in and adjacent to the Arbuckle Mountains in southern Oklahoma contains thick packages of mafic to intermediate lava flows interlayered with thick, extensive rhyolite lava flows and lesser silicic intrusive bodies, which were first described during a 1982 drill test (Hamilton Brothers Turner Falls well) in the region. Well cuttings of these units were collected from that well and three others (Pan-Am Williams D-2, Pan-Am Jarman, Pan-Am Newberry). This study is focused on these mafic-intermediate lava flows, which represent an important stage in the evolution of the SOA and provide insights into the formation and tectonomagmatic evolution of the rift zone. The estimated 210,000 km[superscript]3 of mafic rocks in the SOA were extruded as a result of the break-up of Pannotia and the formation of the failed arm of a three-armed radial rift system. Samples analyzed from the wells plot as basalts to andesites on the TAS diagram of Le Bas et al (1986) and as subalkaline-alkaline basalts to andesite-trachyandesites on the Zr/TiO[subscript]2 vs. Nb/Y diagram of Winchester and Floyd (1977). They are dominantly tholeiitic on multiple discrimination diagrams including those of Miyashiro (1974) and Irvine and Baragar (1971). The lava flows contain traits common with EMI OIB coupled with upper crustal contamination, such as Zr/Nb values ranging from 8 to 10, Ba/Nb values ranging from 10 to 20, and K/Nb values ranging from 300 to 600. Chemostratigraphic comparisons between each well reveal up to five lava flow packages within the larger mafic-intermediate sequence, at least in the vicinity of the sampled wells. When compared with intrusive mafic rocks outcropped in the Wichita Mountains, the SOA lava flows display geochemical traits most similar to those of the Roosevelt Gabbros, suggesting a possible co-genetic relationship. Overall, the whole rock chemical characteristics coupled with comparisons with other large igneous provinces (Columbia River and Oregon Plateaus, East African Rift System) indicate that the SOA lava flows are the result of flood basalt volcanism.

Master of Science / Department of Geology / Matthew Brueseke / The Southern Oklahoma Aulacogen (SOA) produced more than 250,000 km[superscript]3 of Cambrian mafic to silicic magmatism, associated with the opening of the Iapetus Ocean. In the Arbuckle Mountains, oil and gas exploration showed mafic to intermediate volcanic rock interbedded with rhyolite lavas. The first description of these lavas was a result of the 1982 drilling of the Hamilton Brothers Turner Falls well. Cuttings have been collected from this well and five others, and whole rock major and trace element analysis, Sr and Nd isotope analysis, and rare earth element analysis has been completed on these samples. These samples plot primarily as tholeiitic to transitional basalts to andesites. Trace element ratios show Zr/Nb values ranging from 8-10, K/Nb values ranging from 300-600, and Ba/Nb values ranging from 10-20, which overlap with known EM1 OIB values. Applying a conservative age of 535 Ma for these rocks yields [superscript]87Sr/[superscript]86Sr[subscript]i values of 0.703970 to 0.706403 and epsilon Nd values of 1.67 to 3.22, which also fall within the accepted range of EMI values. [superscript]87Sr/[superscript]86Sr[subscript]i increases with wt. % SiO[subscript]2 and K/P, consistent with the generation of evolved compositions via open-system processes. The sample with the least radiogenic Sr isotope ratio, combined with its trace element ratios is most consistent with an EM1-type source. These results, coupled with existing isotope and trace element constraints from regionally exposed dikes and plutonic rocks that crop out in the Wichita Mts., give better insight into understanding what tectonic model (lower-mantle derived hotspot or extension of the lithosphere) drove the magmatic production of the SOA. The results are more consistent with a lower-mantle origin for SOA mafic-intermediate magmatism, and indicate the potential for flood basalt volcanism.

La géodynamique du domaine Caraïbe, sa déformation et son évolution sont analysés à partir des données de géologie et de géophysique marine, telles que la bathymétrie, la sismique réflexion et réfraction, la gravimétrie et le magnétisme. Ce travail commence par une étude bibliographique du domaine Caraïbe établissant un état des recherches au début de notre étude. L'instrument géophysique majeur utilisé est la sismique multitrace, et notamment les données de la campagne Casis qui ont été traitées classiquement et plus spécifiquement par migration avant sommation (Leroy et al, 1996). Notre travail s'est divisé en deux parties, la première concerne le domaine Nord Caraïbe et plus particulièrement le fossé Cayman, et la deuxième examine, en détail, la Grande Province Volcanique Caraïbe, sa déformation et sa structure crustale. Dans le fossé Cayman, les deux marges conjuguées sont asymétriques, la marge du Belize est abrupte tandis que la marge Jamaïcaine est large et peu sédimentée. L'ensemble des données a permis de définir les blocs basculés de la croûte continentale, non enfouis sous les sédiments, une transition Continent-Océan constituée par un mont arrondi et par une importante dépression syn-rift, et le domaine océanique où les blocs océaniques sont basculés vers la dorsale. Des failles de détachements et les réflexions du Moho sont imagées grâce à la sismique de haute qualité. Les bordures Nord et Sud du fossé sont formées par des fosses profondes qui constituent des marges transformantes entre les croûtes Jamaïcaine et Cubaine épaisses et la croûte continentale amincie ou océanique. Dans le domaine océanique, une discontinuité majeure a été identifiée à l'axe d'expansion. L'identification des anomalies magnétiques sur l'ensemble du fossé conduit à la datation de la Transition Continent Océan (Lutétien inférieur; 49 Ma), à refermer le bassin et à proposer un modèle d'évolution de la zone Nord Caraïbe par le fonctionnement successif (du Nord au Sud) de failles transformantes senestres qui accommodent le mouvement de la plaque vers l'Est. La dorsale océanique s'est propagée vers le Sud entre les anomalies 6 et 8. A la même époque, au Néogène, la trace fossile de la faille transformante Swan a été réactivée entraînant la formation de structures compressives jusqu'à Hispaniola à l'Est. Une déformation Miocène compressive est observée sur la plaque Caraïbe, formée en majeure partie par un plateau volcanique d'âge Crétacé, et divisée en deux bassins (Colombien à l'Ouest, et Vénézuélien à l'Est). La compression augmente du Sud vers le Nord et les structures compressives sont décalées de manière dextre par des accidents orientés NE-SW. La partie centrale et occidentale de la ride de Beata est formée par des hauts topographiques orientés NS décalés de façon dextre. Le point culminant est situé au Nord, se reliant au massif montagneux de Hispaniola (Bahoruco). La tectonique compressive s'effectue sous une contrainte orientée E-W à NE-SW. Son maximum est situé dans la presqu'île Sud d'Haïti et se traduit par une collision avec le bâti Nord d'Hispaniola. On peut évaluer le raccourcissement à 170 km. Le bassin Caraïbe apparaît formé de deux microplaques et la microplaque Colombienne se déplace plus rapidement vers l'Est que la microplaque Vénézuélienne. Ce mouvement différentiel peut être la conséquence d'un mouvement de convergence plus important à l'Ouest qu'à l'Est des plaques Amériques et d'une influence de la rapide convergence de la plaque Cocos. La Grande Province Magmatique Caraïbe atteint 800 000 km2, dont une partie est accrétée sur le continent par obduction et/ou collision. La taille de la province magmatique est de 2500 km de diamètre. On distingue des petits plateaux séparés par des bassins. L'âge des formations volcaniques s'échelonne depuis l'Albien (110 Ma) jusqu'au Campanien (80 Ma), avec un épisode important à 88 Ma (Coniacien) qui affecte l'ensemble de la province magmatique et nous concluons que le volcanisme n'est pas instantané. Nous avons compilé les données de sismique réfraction et différencié une couche 2 (4.6 et 6 km/s) et une couche 3 (plus de 6 km/s). L'épaississement de la croûte s'effectue au niveau de la couche 3, comme sur le plateau des Kerguelen, par sous-placage. En effet, la couche 2 reste mince aussi bien sur les plateaux (4 km) que dans les bassins (2 km); cette disposition explique les affleurements de gabbros (couche 3) le long de l'escarpement Ouest de la ride de Beata. Nous optons pour une origine Pacifique de la plaque Caraïbe et on note de nombreuses analogies avec les Grandes Provinces Magmatiques du Pacifique Ouest (bassin de Nauru, Ontong Java et bassin de Pigafetta), mais nous rejetons l'hypothèse du panache géant situé dans le Pacifique, et nous rattachons la Grande Province Caraïbe au point chaud des Galápagos.